JP2016176540A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an electric actuator provided with a ball screw mechanism used in a drive unit of a general industrial electric motor or automobile, and more specifically, a rotation input from an electric motor is transmitted to a ball screw in an automobile transmission or a parking brake. The present invention relates to an electric actuator that converts a linear motion of a drive shaft through a mechanism.
各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。 In electric actuators used in various drive units, a gear mechanism such as a trapezoidal screw or a rack and pinion is generally used as a mechanism for converting the rotational motion of the electric motor into a linear motion in the axial direction. Since these conversion mechanisms involve a sliding contact portion, the power loss is large, and it is necessary to increase the size of the electric motor and increase the power consumption. Therefore, a ball screw mechanism has been adopted as a more efficient actuator.
一般的に、ボールねじ機構を備え、そのナットをハウジングに内包するように構成された電動アクチュエータにおいて、ナットの回転を抑止するための回り止めを設けるには、ハウジング内周に回り止め用の溝を設けたり、あるいは内周を異形(非円筒)形状にしたりする必要がある。然しながら、機械加工によって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形したりしようとする場合、細長いハウジングに対する加工は困難であることからハウジング全長が制限され、その結果アクチュエータのストロークを長く確保することができないという問題がある。これに対し、型を用いた成形加工よって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形したりしようとすることも考えられるが、型が複雑となり、コスト高を招くという問題がある。加えて、ハウジング内周溝にナットを係合させるためには、ナットに突起を設ける必要が生じ、同様にナットのコスト高が避けられないという問題がある。さらには、ハウジング内周、ナット形状とも複雑な形状にせざるを得ず、ひいてはアクチュエータの大型化を誘発する。 Generally, in an electric actuator provided with a ball screw mechanism and configured to enclose a nut in a housing, a non-rotating groove is provided on the inner periphery of the housing in order to provide a detent for suppressing rotation of the nut. Need to be provided, or the inner periphery must be formed into a deformed (non-cylindrical) shape. However, when forming a groove on the inner periphery of the housing or forming a deformed shape by machining, the processing of the elongated housing is difficult, so the total length of the housing is limited, resulting in a longer actuator stroke. There is a problem that it cannot be secured. On the other hand, it may be possible to form a groove in the inner periphery of the housing or mold an irregular shape by molding using a mold, but there is a problem that the mold becomes complicated and high in cost. . In addition, in order to engage the nut with the inner circumferential groove of the housing, it is necessary to provide a protrusion on the nut, and there is a problem that the cost of the nut is unavoidable. Furthermore, both the inner periphery of the housing and the nut shape must be complicated, which leads to an increase in the size of the actuator.
こうした問題を解決したものとして、図9に示すような電動アクチュエータが知られている。この電動アクチュエータは、ハウジング51と、外周面に雄ねじ溝56aが形成されたねじ軸56と、ハウジング51に対して軸線方向に移動可能となっており、ねじ軸56を包囲するように配置され、かつ内周面に雌ねじ溝53aが形成されたナット53と、対向する両ねじ溝56a、53a間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボール57と、ハウジング51の内周面に沿って延在する案内部63aと、ハウジング51に係合する係合部63bからなる案内部材63とを有している。
As a solution to such a problem, an electric actuator as shown in FIG. 9 is known. This electric actuator is movable so as to be axially movable with respect to the
ハウジング51は、略中空円筒状の本体51aと、本体51aの一端を閉止するように固定されるカップ状の蓋部材51bとからなる。円筒形状の内周を持つ本体51aの内部には、被駆動部材である円筒状の出力軸52と、出力軸52に連結されたナット53とが配置されている。出力軸52は、図で左端を本体から突出させており、図で右端には袋孔52aが形成されている。出力軸52の外周は、本体51aに対してブッシュ54により摺動可能に支持されている。また、ブッシュ54に隣接してシール部材55が配置され、出力軸52と本体51aとの間をシールすることで、外部から塵埃等が侵入することを抑制している。
The
ねじ軸56が、ナット53の内部を貫通し、出力軸52の袋孔52aに対して出入り自在に進入している。一方、ねじ軸56を包囲するように配置されたナット53は、その外周下面に軸線方向に沿って溝53bが形成され、チューブ式のボール循環部材を有するナット53、ねじ軸56、ボール57および案内部材63とでボールねじ機構が構成されている。
A
本体51aの端部に、軸受間座58を介して玉軸受59が配置され、ねじ軸56を回転自在に支持している。玉軸受59の外輪は、固定部材60により軸受間座58に対して固定されている。一方、玉軸受59の内輪は、止め輪61によりねじ軸56に対して固定されている。したがって、ねじ軸56は、本体51aに対して回転のみ可能となっている。ねじ軸56の図で右端には、ギヤ62がセレーションにより一体的に回転するように連結されている。
A ball bearing 59 is disposed at the end of the
金属板材をプレスして形成された案内部材63は、ナット53のねじ溝53aに係合してなる直線状の案内部63aと、図で右端において案内部63aに対して直角に折り曲げられた係合部63bとを有している。さらに、図10に示すように、本体51aの右端面には、溝状の凹部51cが形成されており、係合部63bは、それと同じ幅の凹部51cに係合している。案内部63aの表面には、低摩擦化のためのリン酸マンガン塩やリン酸亜鉛等の皮膜処理からなる表面処理が施されている。
The
操作者がスイッチを操作すると、図示しないモータの回転軸が回転し、減速機構を介して動力が伝達され、それと共にねじ軸56が回転する。ここで、ナット53は、回り止め機能を発揮する案内部材63により、軸線方向にのみスムーズに案内されるようになっているため、ねじ軸56の回転運動は、ナット53の軸線運動に効率よく変換され、それによりナット53が連結された出力軸52を軸線方向に移動させることができる。
When the operator operates the switch, the rotation shaft of a motor (not shown) rotates, power is transmitted through the speed reduction mechanism, and the
組み付け時には、ブッシュ54を組み付けた本体51aの右端から案内部材63を差し込み、案内部63aの先端を切り欠き54aに挿入すると共に、折り曲げた係合部63bを本体51aの凹部51cに係合させる。かかる構成によれば、特殊な工具を用いることなく、案内部材63を本体51aに容易に取り付けることができる。その後、溝53bに案内部63aが係合するようにして、ナット53と出力軸52を本体51a内に挿入し、ねじ軸56等を組み付ければよい。
At the time of assembly, the
特に、案内部63aが長尺であった場合、案内部材63が片方のみ支持されていると、支持されていない側で案内部材63のねじりが生じ、回り止め機能が不足する恐れがあるが、ここでは、案内部63aの先端をブッシュ54の切欠54aに係合させており、これにより案内部材63の両端を本体51aに固定することができるので、案内部63aが長尺であっても、そのねじれを抑制し有効な回り止め機能を実現できる(例えば、特許文献1参照。)。
In particular, when the
こうした従来の電動アクチュエータでは、ナット53の回転止めとして、ナット53の外周面に回転止めのための溝53bが形成され、この溝53bに案内部63aを係合させると共に、案内部63aの先端をブッシュ54の切欠54aに係合させることによって行われている。これでは、部品点数が増えるだけでなく、組立工数が嵩み、かつ煩雑となるばかりでなく、相手部材が摺動するに耐え得る硬度や表面粗さ等の表面性状を備える必要があり、製造コストが高騰するといった問題があった。
In such a conventional electric actuator, as a rotation stop of the
また、ナット53の外径部と案内部材63の摺動面積や抵抗が大きく、摩耗粉が発生する恐れがあると共に、ストローク量が長い仕様の場合、案内部材63の出来栄えによってはナット53が的確に直線運動せず、偏摩耗を起こすことも考えられる。
In addition, the sliding area and resistance between the outer diameter portion of the
本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、摩耗を抑制し得る回り止め機構により信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and reduces the number of parts to reduce costs, and an electric actuator having improved reliability by a detent mechanism capable of suppressing wear. The purpose is to provide.
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、このボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔の内周に軸方向に延び、断面円弧状の凹溝が形成され、この凹溝に係合する回り止め用ボールと、前記ねじ軸の端部に装着された円筒状の保持器とを備えると共に、この保持器の外周に軸方向に延び、前記凹溝に対向する断面円弧状の案内溝が形成され、この案内溝と前記凹溝とで前記回り止め用ボールが転動自在に保持され、前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
In order to achieve such an object, the invention according to
このように、電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、このボールねじ機構が、減速機構に連結され、ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、ハウジングに駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔の内周に軸方向に延び、断面円弧状の凹溝が形成され、この凹溝に係合する回り止め用ボールと、ねじ軸の端部に装着された円筒状の保持器とを備えると共に、この保持器の外周に軸方向に延び、凹溝に対向する断面円弧状の案内溝が形成され、この案内溝と凹溝とで回り止め用ボールが転動自在に保持され、ねじ軸がハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されているので、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、摩耗を抑制し得る回り止め機構により信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することができる。 As described above, the ball screw mechanism includes a speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor, and a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor to the linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism. The mechanism is connected to the speed reduction mechanism, is rotatably supported via a rolling bearing mounted on the housing, and is supported so as not to move in the axial direction, and a nut having a helical thread groove formed on the inner periphery, and An electric actuator comprising a screw shaft that is inserted through a large number of balls, is coaxially integrated with a drive shaft, and has a spiral screw groove corresponding to a screw groove of a nut on the outer periphery. A cylindrical bag hole that accommodates the drive shaft is formed, extends in the axial direction on the inner periphery of the bag hole, is formed with a concave groove having an arc-shaped cross section, and a detent ball that engages with the concave groove; Attached to the end of the screw shaft A cylindrical retainer and an axially extending guide groove extending in the axial direction on the outer periphery of the retainer and facing the concave groove. The guide groove and the concave groove allow rotation of the anti-rotation ball. Non-rotating mechanism that can be held freely and the screw shaft is supported so that it cannot rotate with respect to the housing and can move in the axial direction. Thus, an electric actuator with improved reliability can be provided.
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記ねじ軸の端部に凹部が形成され、外径から前記凹溝に対応して前記凹部に貫通し、前記回り止め用ボールの外径よりも大径に形成されたポケットが穿設され、前記回り止め用ボールが転動自在に収容されると共に、前記保持器が、前記ねじ軸の凹部に内嵌される円筒部と、この円筒部の一端部に径方向外方に延びる鍔部を備え、この鍔部が前記ねじ軸の端面に衝合して当該保持器が位置決め固定されていれば、回り止め用ボールを円周方向に等配に保持することができて組立性が向上すると共に、部品点数を一層削減することができ、低コスト化を図ることができる。
Preferably, as in the invention according to
また、請求項3に記載の発明のように、前記ねじ軸の端部に小径段部が形成され、この小径段部に前記保持器が外嵌され、この保持器の外径に円筒状の保持リングが圧入されると共に、この保持リングの内外径に貫通して形成されたポケットに前記回り止め用ボールが転動自在に収容され、前記保持器が前記ねじ軸の小径段部の段差部に衝合して当該保持器が位置決め固定されていれば、ハウジングの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、更に組立性を向上させ、簡便な構造で低コスト化を図ることができる。 According to a third aspect of the present invention, a small diameter step is formed at the end of the screw shaft, the retainer is fitted on the small diameter step, and the outer diameter of the retainer is cylindrical. A retaining ring is press-fitted, and the detent ball is rotatably accommodated in a pocket formed through the inner and outer diameters of the retaining ring. The retainer is a stepped portion of a small-diameter stepped portion of the screw shaft. If the retainer is positioned and fixed in contact with each other, the sliding friction and wear of the housing can be reduced, the assemblability can be further improved, and the cost can be reduced with a simple structure.
また、請求項4に記載の発明のように、前記回り止め用ボールが円周等配となる位置に複数個配設されていれば、ねじ軸に荷重が負荷されても袋孔に対して保持器の中心が偏心するのを防止することができ、ナットの回転精度およびねじ軸の直進精度を向上させることができる。 Further, as in a fourth aspect of the present invention, if a plurality of the anti-rotation balls are arranged at positions that are equally spaced around the circumference, even if a load is applied to the screw shaft, The center of the cage can be prevented from being eccentric, and the rotational accuracy of the nut and the straight advance accuracy of the screw shaft can be improved.
また、請求項5に記載の発明のように、前記袋孔の凹溝の断面形状がゴシックアーク形状またはサーキュラアーク形状に形成されていれば、荷重負荷時、回り止め用ボールの溝肩部への肩乗り上げを回避することができ、回り止め用ボールの損傷を防止することができる。
Further, as in the invention described in
また、請求項6に記載の発明のように、前記保持器の案内溝の断面形状がゴシックアーク形状に形成され、この案内溝の角部が滑らかに丸められていれば、回り止め用ボールが案内溝の肩部に接触し、肩乗り上げによるエッジロードで過大応力が発生するのを防止することができる。
Further, as in the invention described in
また、請求項7に記載の発明のように、前記保持器がMIMによって成形された焼結金属からなっていれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。 Further, as in the invention described in claim 7, if the cage is made of sintered metal formed by MIM, even if it has a high workability and a complicated shape, it can be easily and accurately obtained. Can be formed into shapes and dimensions.
また、請求項8に記載の発明のように、前記保持リングが、繊維状強化材が充填された熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されていれば、長期間に亘って強度と共に摺動性と耐摩耗性を向上させることができる。 Further, as in the invention described in claim 8, if the retaining ring is formed by injection molding from a thermoplastic synthetic resin filled with a fibrous reinforcing material, it slides with strength over a long period of time. And wear resistance can be improved.
本発明に係る電動アクチュエータは、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、このボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔の内周に軸方向に延び、断面円弧状の凹溝が形成され、この凹溝に係合する回り止め用ボールと、前記ねじ軸の端部に装着された円筒状の保持器とを備えると共に、この保持器の外周に軸方向に延び、前記凹溝に対向する断面円弧状の案内溝が形成され、この案内溝と前記凹溝とで前記回り止め用ボールが転動自在に保持され、前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されているので、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、摩耗を抑制し得る回り止め機構により信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することができる。 An electric actuator according to the present invention includes a cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, a speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and the speed reduction mechanism. A ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion in the axial direction of the drive shaft, and this ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism and rotates via a rolling bearing mounted on the housing. A nut that is supported so as not to move in the axial direction and has a spiral thread groove formed on the inner periphery, and is inserted into the nut via a number of balls and is coaxially integrated with the drive shaft. A cylindrical actuator housing the drive shaft in the housing in an electric actuator having a screw shaft having a helical screw groove corresponding to the screw groove of the nut formed on the outer periphery. A bag hole is formed, extending in the axial direction on the inner periphery of the bag hole, forming a concave groove having an arc cross section, and is attached to the end of the screw shaft and the anti-rotation ball engaging the concave groove. And a cylindrical guide groove that extends in the axial direction on the outer periphery of the cage and faces the concave groove, and is formed by the guide groove and the concave groove. The ball is supported so as to be able to roll and the screw shaft is supported so as not to rotate with respect to the housing and to be movable in the axial direction, thereby reducing the number of parts and reducing the cost. An electric actuator with improved reliability can be provided by a detent mechanism that can be suppressed.
円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、このボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔の内周に軸方向に延び、断面円弧状の凹溝が形成され、この凹溝に係合する回り止め用ボールと、前記ねじ軸の端部に装着された円筒状の保持器とを備えると共に、前記ねじ軸の端部に凹部が形成され、外径から前記凹溝に対応して前記凹部に貫通し、前記回り止め用ボールの外径よりも大径に形成されたポケットが穿設され、前記回り止め用ボールが転動自在に収容されると共に、前記保持器の外周に軸方向に延び、前記凹溝に対向する断面円弧状の案内溝が形成され、この案内溝と前記凹溝とで前記回り止め用ボールがすきまを持って挟持した状態で転動自在に保持され、前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。 A cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, a speed reduction mechanism for transmitting the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and a drive shaft for rotational movement of the electric motor via the speed reduction mechanism A ball screw mechanism that converts the linear screw motion into an axial linear motion of the motor, and the ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism and is rotatable via a rolling bearing mounted on the housing, and is not movable in the axial direction. And a nut having a spiral thread groove formed on the inner periphery thereof, and a nut inserted into the nut via a number of balls, integrated with the drive shaft, and on the outer periphery thereof. A cylindrical bag hole for accommodating the drive shaft is formed in the housing, and an inner periphery of the bag hole is formed on the electric actuator. A concave groove extending in a direction and having an arc-shaped cross section, and a non-rotating ball that engages with the concave groove, and a cylindrical cage attached to an end of the screw shaft, and the screw shaft A recess is formed at the end of the outer periphery, and a pocket formed from an outer diameter corresponding to the concave groove and penetrating into the recess and having a diameter larger than the outer diameter of the anti-rotation ball is formed. A ball for rolling is accommodated in a freely rolling manner, and a guide groove having an arcuate cross section extending in the axial direction on the outer periphery of the retainer and facing the concave groove is formed. The guide groove and the concave groove A stop ball is held so as to be able to roll in a state of being sandwiched with a clearance, and the screw shaft is supported so as to be non-rotatable and axially movable with respect to the housing.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図2は、図1の回り止め部を示す一部断面斜視図、図3(a)は、図1のねじ軸を示す正面図、(b)は、(a)のIII−III線に沿った横断面図、(c)は、(b)の保持器単体を示す斜視図、図4(a)は、図1の回り止め部の溝形状を示す要部断面図、(b)は、(a)の変形例を示す要部断面図、図5は、図4の比較例を示す要部断面図、図6(a)は、図4の他の比較例を示す説明図、(b)は、(a)のねじ軸に荷重が負荷された状態を示す説明図、図7(a)は、図1の回り止め部を示す要部断面図、(b)は、(a)の変形例を示す要部断面図、図8は、図3(b)の変形例を示す縦断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric actuator according to the present invention, FIG. 2 is a partially sectional perspective view showing a rotation preventing portion of FIG. 1, and FIG. 3 (a) is a screw shaft of FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 4A, FIG. 4C is a perspective view showing the cage alone in FIG. 4A, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part showing the groove shape of the
この電動アクチュエータ1は、円筒状のハウジング2と、このハウジング2に取り付けられた電動モータ3と、この電動モータ3の回転力を、モータ軸3aを介して伝達する一対の平歯車4、5からなる減速機構6と、この減速機構6を介して電動モータ3の回転運動を駆動軸7の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構8と、駆動軸7の回り止め機構9とを備えている。
The
ハウジング2は、第1のハウジング2aと、その端面に組み付けられた第2のハウジング2bとからなる。第1のハウジング2aの内部には電動モータ3が配置されている。電動モータ3は、後述するナット16の外径に装着される玉軸受18の外輪は、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10とで挟持された状態で取り付けられている。
The
電動モータ3のモータ軸3aには小平歯車4が圧入により相対回転不能に取り付けられている。大平歯車5は、後述するボールねじ機構8を構成するナット16に圧入され、小平歯車4に噛合している。
A
ボールねじ機構8は、外周に螺旋状のねじ溝15aが形成されたねじ軸15と、このねじ軸15のねじ溝15aに対向し、内周に螺旋状のねじ溝16aが形成されたナット16と、両ねじ溝15a、16aによって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボール17とで構成されている。ナット16の外周には前述した大平歯車5が圧入固定されると共に、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10に嵌合された玉軸受18が止め輪19を介して位置決め固定され、軸方向に相対移動不可で、相対回転可能となっている。
The ball screw mechanism 8 includes a
各ねじ溝15a、16aの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール17との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。
The cross-sectional shape of each
ナット16はSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に55〜62HRCの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸15はS55C等の中炭素鋼あるいはSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に55〜62HRCの範囲に硬化処理が施されている。
The
駆動軸7は、ボールねじ機構8を構成するねじ軸15と一体に構成され、駆動軸7の左端部に、リンク部材(図示せず)に連結するための孔7aが形成されると共に、第1のハウジング2aと第2のハウジング2bに駆動軸7を収容する円筒状の貫通孔13と袋孔14がそれぞれ形成されている。そして、駆動軸7の外周は、第1のハウジング2aに対してブッシュ11により摺動可能に支持されると共に、このブッシュ11に隣接してシール部材12が装着され、駆動軸7と第1のハウジング2aとの間が密封され、外部から塵埃等が侵入するのを防止している。
The drive shaft 7 is integrally formed with a
ここで、ねじ軸15の右端部に回り止め機構9が構成されている。この回り止め機構9は、袋孔14の内周に形成された一対の凹溝14a、14aと、この凹溝14a、14aに係合する回り止め用ボール20、20と、ねじ軸15の端部に装着された保持器21とを備えている。図2に示すように、一対の凹溝14a、14aは、第2のハウジング2bの袋孔14の内周に対向して軸方向に延びる直線状に形成されている。なお、22は、ナット16に装着されたボール17の循環用部材となる駒部材22である。
Here, a
図3(a)〜(c)に示すように、ねじ軸15の端部に装着された保持器21は、円筒状に形成され、ねじ軸15に内嵌される円筒部21aと、この円筒部21aの一端部に径方向外方に延びる鍔部21bを備えている。そして、ねじ軸15の端部に凹部15bが形成され、この凹部15bに保持器21の円筒部21aが圧入されると共に、鍔部21bがねじ軸15の端面に衝合して保持器21が位置決め固定されている。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
ねじ軸15の端部には、外径から凹部15bに貫通するポケット23が穿設されている。このポケット23は回り止め用ボール20の外径よりも僅かに大径に形成され、回り止め用ボール20が転動自在に収容されている。また、保持器21の円筒部21aの外周に軸方向に延びる案内溝24が形成されている。この案内溝24は断面が円弧状に、ねじ軸15のポケット23に対応し、対向する外周面に一対形成されている。そして、第2のハウジング2bの袋孔14の内周に形成された凹溝14aとで回り止め用ボール20を僅かなすきまを持って挟持した状態で転動自在に保持している。
A
保持器21は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂MIM(Metal Injection Molding)により成形されている。こうしたMIMによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。
The
前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、C(炭素)が0.13wt%、Ni(ニッケル)が0.21wt%、Cr(クロム)が1.1wt%、Cu(銅)が0.04wt%、Mn(マンガン)が0.76wt%、Mo(モリブデン)が0.19wt%、Si(シリコン)が0.20wt%、残りがFe(鉄)等からなるSCM415を例示することができる。スリーブ18は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、スリーブ18の材料としてこれ以外にも、Niが3.0〜10.0wt%含有し、加工性、耐食性に優れた材料(日本粉末冶金工業規格のFEN8)、あるいは、Cが0.07wt%、Crが17wt%、Niが4wt%、Cuが4wt%、残りがFe等からなる析出硬化系ステンレスSUS630であっても良い。このSUS630は、固溶化熱処理で20〜33HRCの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。
As the metal powder, a material that can be subsequently carburized and hardened, for example, C (carbon) is 0.13 wt%, Ni (nickel) is 0.21 wt%, Cr (chromium) is 1.1 wt%, Cu (copper) Exemplifies SCM415 which is 0.04 wt%, Mn (manganese) is 0.76 wt%, Mo (molybdenum) is 0.19 wt%, Si (silicon) is 0.20 wt%, and the rest is Fe (iron). Can do. The
本実施形態では、ねじ軸15の端部に保持器21が固定され、ねじ軸15の端部に形成されたポケット23に回り止め用ボール20が収容されると共に、この回り止め用ボール20を第2のハウジング2bの袋孔14の内周に形成された凹溝14aと保持器21の円筒部21aに形成された案内溝24とで回り止め用ボール20を僅かなすきまを持って挟持した状態で転動自在に保持しているので、ねじ軸15の回り止め用ボール20が袋孔14の凹溝14aに係合し、ねじ軸15の軸方向の案内と共に回り止めを行うため、アルミ軽合金からなる第2のハウジング2bの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、組立性を向上させ、簡便な構造で低コスト化を図った電動アクチュエータを提供することができる。
In this embodiment, the
なお、ここでは、保持器21に鍔部21bを形成し、この鍔部21bをねじ軸15の端面に衝合させてねじ軸15との位置決め固定しているが、これに限らず、例えば、図示はしないが、鍔部21bの代わりに円筒部21aの端部に軸用止め輪を装着し、ねじ軸に対して保持器を位置決め固定しても良い。
Here, the
第2のハウジング2bの袋孔14に形成された凹溝14aと保持器21の円筒面21aに形成された案内溝24の断面形状は、図4(a)に示すように、回り止め用ボール20の曲率半径よりも大きな2つの曲率半径からなる、所謂ゴシックアーク形状に形成され、回り止め用ボール20と凹溝14aおよび案内溝24は2点でアンギュラコンタクトしている。なお、(b)に示すように、凹溝14a’と案内溝24’の断面形状を、回り止め用ボール20の曲率半径よりも大きな単一の曲率半径からなる、所謂サーキュラアーク形状に形成しても良い。
The cross-sectional shape of the
ここで、図5に示すように、第2のハウジング2bの袋孔14に形成する凹溝14a”と保持器21の円筒面21aに形成する案内溝24”の断面形状を、通常の平行キー溝のような矩形状に形成した場合、ねじ軸に負荷される荷重が小さくても、回り止め用ボール20が凹溝14a”および案内溝24”の肩部に接触し、肩乗り上げによるエッジロードで過大応力が発生して回り止め用ボール20に傷が発生する恐れがあるので好ましくない。前述したように、凹溝14a’と案内溝24’の断面形状をゴシックアーク形状やサーキュラアーク形状に形成することにより、荷重負荷時、回り止め用ボール20の溝肩部への肩乗り上げを回避することができ、回り止め用ボール20の損傷を防止することができる。ここで、「肩乗り上げ」とは、ボールの当接による接触楕円が溝の肩部から外れる現象を言い、また、「エッジロード」とは、角部に発生する過大な応力集中のことで、早期剥離や異常音の発生の要因の一つとなる現象を言う。なお、溝の角部が滑らかに丸められているのが好ましい。
Here, as shown in FIG. 5, the sectional shape of the
また、図6(a)に示すように、ナット16が回転してねじ軸15が直線運動する本実施形態のような場合、回り止め機構を構成する回り止め用ボール20が単一であれば、荷重が負荷された時、(b)に示すように、ねじ軸15(保持器21)の中心が第2のハウジング2bの袋孔14の中心から偏心するため、ナット16の回転精度やねじ軸15の直進精度が低下する恐れがある。そのため、本実施形態では、回り止め機構を構成する回り止め用ボール20を複数個使用し、円周等配となる位置に配設することにより、ナット16の回転精度およびねじ軸15の直進精度を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 6A, in the case of the present embodiment in which the
具体的には、図7(a)に示すように、第2のハウジング2bの袋孔14の内周に対向し、軸方向に延びる一対の凹溝14a、14aが形成されると共に、ねじ軸16の端部に保持器21が固定され、この保持器21の外周に、袋孔14の凹溝14aに対向して軸方向に延びる一対の案内溝24、24が形成されている。そして、これらの凹溝14aと案内溝24間に回り止め用ボール20が転動自在に収容されている。これにより、ねじ軸15に荷重が負荷されても、ねじ軸15(保持器21)の中心が第2のハウジング2bの袋孔14の中心から偏心することはなく、精度向上を図ることができる。
Specifically, as shown in FIG. 7 (a), a pair of
また、(b)に示すように、第2のハウジング2bの袋孔14’の内周に3本の凹溝14aが円周等配に形成されると共に、ねじ軸16’の端部に保持器21’が固定され、この保持器21’の外周に、袋孔14’の凹溝14aに対向して3本の案内溝24が円周等配に形成されている。そして、これらの凹溝14aと案内溝24間に回り止め用ボール20が転動自在に収容されている。これにより、一層の精度向上を図ることができる。
Further, as shown in (b), three
図8に前述した回り止め機構の変形例を示す。この回り止め機構は、第2のハウジング2bの袋孔14の内周に形成された一対の凹溝14a、14aと、この凹溝14a、14aに係合する回り止め用ボール20、20と、ねじ軸25の端部に装着された保持器26と、回り止め用ボール20を円周等配に保持する保持リング27とを備えている。
FIG. 8 shows a modification of the above-described detent mechanism. The anti-rotation mechanism includes a pair of
ねじ軸25の端部に形成された小径段部25aに保持器26は圧入固定されている。保持器26は、小径段部25aに外嵌される円筒部26aと、この円筒部26aの一端部に径方向外方に延びる鍔部26bを備えている。そして、保持器26の円筒部26aに保持リング27が圧入され、この保持リング27の内外径に貫通して形成されたポケット27aに回り止め用ボール20が転動自在に収容されると共に、保持器26がねじ軸25の段差部25bに衝合して保持器26が位置決め固定されている。
The
保持器26の円筒部26aの外周には軸方向に延びる案内溝24が形成され、第2のハウジング2bの袋孔14の内周に形成された凹溝14aとで回り止め用ボール20を僅かなすきまを持って挟持した状態で転動自在に保持している。こうした回り止め機構により、前述した実施形態と同様、第2のハウジング2bの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、更に組立性を向上させ、簡便な構造で低コスト化を図ることができる。
A
保持リング27の材質として、S45C等の炭素鋼やSCr420やSCM415等の浸炭鋼を例示することができるが、これ以外にも、例えば、GF(グラス繊維)等の繊維状強化材が10〜40wt%充填されたPA(ポリアミド)66等の熱可塑性の合成樹脂を射出成形によって形成しても良い。これにより、長期間に亘って強度と共に摺動性と耐摩耗性を向上させることができる。なお、GFの充填量が10wt%未満ではその補強効果が発揮されず、また、40wt%を超えて充填されると、成形品内の繊維が異方性を引き起こして密度が大きくなって寸法安定性が低下すると共に、靭性が低下し、回り止め用ボール20の当接によって割損する恐れがあるため好ましくない。なお、繊維状強化材としては、GFに限らず、これ以外に、CF(炭素繊維)やアラミド繊維、ホウ素繊維等を例示することができる。
Examples of the material of the retaining
なお、PA以外にも、PPA(ポリフタルアミド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の所謂エンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂やポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)等の所謂スーパーエンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂、あるいは、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、ポリイミド樹脂(PI)等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。 In addition to PA, thermoplastic synthetic resins called so-called engineering plastics such as PPA (polyphthalamide) and PBT (polybutylene terephthalate), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyamide A thermoplastic synthetic resin called a so-called super engineering plastic such as imide (PAI), or a thermosetting synthetic resin such as phenol resin (PF), epoxy resin (EP), polyimide resin (PI), etc. Also good.
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and is merely an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further, the equivalent meanings described in the scope of claims and all modifications within the scope of the scope of the present invention are included. Including.
本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。 An electric actuator according to the present invention includes a ball screw mechanism that is used in a drive unit of a general industrial electric motor, an automobile, or the like, and that converts a rotational input from an electric motor into a linear motion of a drive shaft via the ball screw mechanism. Applicable to electric actuators.
1 電動アクチュエータ
2 ハウジング
2a 第1のハウジング
2b 第2のハウジング
3 電動モータ
3a モータ軸
4 小平歯車
5 大平歯車
6 減速機構
7 駆動軸
7a 孔
8 ボールねじ機構
9 回り止め機構
10 軸受ブラケット
11 ブッシュ
12 シール部材
13 貫通孔
14、14’ 袋孔
14a、14a’、14a” 凹溝
15、15’、25 ねじ軸
15a、16a ねじ溝
15b 凹部
16 ナット
17、20 ボール
18 玉軸受
19 止め輪
21、21’、26 保持器
21a、26a 円筒部
21b、26b 鍔部
22 駒部材
23、27a ポケット
24、24’、24” 案内溝
25a 小径段部
25b 段差部
27 保持リング
51 ハウジング
51a 本体
51b 蓋部材
51c 凹部
52 出力軸
52a 袋孔
53 ナット
53a、56a ねじ溝
53b 溝
54 ブッシュ
54a 切欠き
55 シール部材
56 ねじ軸
57 ボール
58 軸受間座
59 玉軸受
60 固定部材
61 止め輪
62 ギヤ
63 案内部材
63a 案内部
63b 係合部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
このハウジングに取り付けられた電動モータと、
この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、
この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、
このボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、
前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔の内周に軸方向に延び、断面円弧状の凹溝が形成され、この凹溝に係合する回り止め用ボールと、前記ねじ軸の端部に装着された円筒状の保持器とを備えると共に、この保持器の外周に軸方向に延び、前記凹溝に対向する断面円弧状の案内溝が形成され、この案内溝と前記凹溝とで前記回り止め用ボールが転動自在に保持され、前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 A cylindrical housing;
An electric motor attached to the housing;
A speed reduction mechanism for transmitting the rotational force of the electric motor via the motor shaft;
A ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor to the linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism, and
This ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism, and is supported by a rolling bearing mounted on the housing so as to be rotatable and immovable in the axial direction, and a nut having a helical thread groove formed on the inner periphery When,
The nut is inserted through a large number of balls, is integrated with the drive shaft coaxially, and is configured with a screw shaft in which a spiral screw groove corresponding to the screw groove of the nut is formed on the outer periphery. In the electric actuator,
A cylindrical bag hole for accommodating the drive shaft is formed in the housing, an axially extending groove is formed on the inner periphery of the bag hole, and a concave groove having an arc cross section is formed. A ball and a cylindrical cage mounted on the end of the screw shaft, and an axial guide groove extending in the axial direction on the outer periphery of the cage and facing the concave groove is formed; The guide groove and the concave groove hold the rotation-preventing ball so that the ball can roll freely, and the screw shaft is supported so as to be non-rotatable and axially movable with respect to the housing. Electric actuator.
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- 2015-03-20 JP JP2015057453A patent/JP2016176540A/en active Pending
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